跟唯一知道星星是如何发光的人一起散步

你可能以为「整个宇宙就存在于一杯葡萄酒中」是一个浪漫且诗意的比喻。

不是的。

读到这篇文章的结尾你会明白。

© Marco C.

在 100 多年前的科学家们眼中，宇宙是依照怎样的规律在运行？

整个宇宙是欧几里得所描绘的三维几何空间，万事万物由原子构成，它们同样遵循牛顿力学，并在被称为「时间」的一种介质里变化。

到爱因斯坦的相对论成型，「时间」不再是独立的存在，而跟「空间」一起联合为「时空」 ， 「力」则是时空中的褶皱。

随即人们又发现，在微观尺度下，原子的世界里，「惯性」和「力」的法则不再适用——小尺度范围内的事物并不适用于牛顿定律，或者说 不适用于 我们所知的任何规则，科学家们几乎不可能描述出微粒的特性，除非加入大量想象。

在些许荒诞意味上诞生的量子力学，带来了两个颠覆性的观念：

1、我们永远不可能既知道某个粒子在什么地方，又知道它运动得多快。

（这个「不确定性原理」的一个印证是，当晶体冷却到绝对零度时，原子并没有停止运动，它们仍在永无止境地晃动着——此时我们知道它在什么位置了，但宇宙的底层逻辑仍然不允许我们知道它的速度）

2、我们在任何情形下都绝对不可能精确地预言出将要发生什么。

（我们所能得到的，只是会发生一些什么事情的统计平均）

为什么要简单重述一次科学的发展史？

是想让你仔细理解一下， 人类科学在这个世界中的一个重要发现 ， 也可以说是最关键的科学基础：

在一百多年前， 「物质由原子构成」只是一个非常大胆的假设 ， 由于当时还没有足够精度的仪器去验证原子的存在，人们只是通过显微镜观察胶粒的布朗运动推动着这种假设的发展。但他们是对的。

当时的科学家没有意识到，这样大胆的假设交换而来的是什么——从物理学跳到生物学上， 动物所做的每件事情都是原子做的。

我们只是由一大群服从物理定律的运动原子集合在一起，做些由另一些原子 （人类将它们命名为「意识」） 的复杂排列和相互反应而产生的宏观运动。

更可怕的是底层粒子位置的不确定性，理论上，坐着的人类完全可能突然凭空穿过椅子而掉在地上 （由于原子之间的缝隙和运动；只是根据概率的计算，你要等待比宇宙的寿命还要长很多倍的时间才可能会发生这件事） ，但是依然，这件看似不可思议事情可能发生。

© lvnatikk

化学、天文学、地质学、生物学当然都跟「物质是由原子构成的」这个基础理论息息相关，甚至连 心理学 都不例外。

这门关于大脑和神经系统的科学，可以说关键是要解决一个问题：

既然我们明确知道大脑细胞是由原子构成，也通过观察和实验确认，当动物学会了某些事后，它就能做一些以前不会做的事，那么，我们可以确认：「在学会了某些事后，动物的大脑细胞产生了某种变化」——但我们要去哪里寻找这种微观层面的变化？ （或者说寻找什么东西？显然不是灵魂） 如何获得规律？如何像解码软件一样破解神经系统运行的奥秘？

这是很重要的问题，但至今仍然没有解决。可以说， 我们对构成自己身体的这些原子一无所知。

© Kornelia

如今所有解释我们体内分子的化学，都是建立在 「电子可以同一时刻位于许多位置上，并且正是两个原子间的电子共享把我们身体的分子结合在一起」 这个概念上。

没有量子理论，我们体内的分子和原子会立刻解体。

多么诡谲啊。

我们最初以为，找到构成万事万物的基础物质就解决了这个世界存在的难题，却无意中钻进了更多及更大的难题里。

©  Reuben Wu

我教这门课的主要目的不是替你们为应付某种考试作准备——甚至也不是为你参加工业部门或军事部门工作做准备。

我非常希望告诉你的是，怎样鉴赏这奇妙的世界以及物理学家看待这一世界的方式，我相信这是真正的现代文化的一个主要部分。

——理查德·费曼《费曼物理学讲义》

有一些我最喜欢的科普作家，天文学是卡尔·萨根，超弦和脑科学是加来道雄，但说到基础物理，跟大多数人一样， 理查德·费曼 是唯一的答案。

这位在四十年前已经离世的美国物理学家、诺贝尔物理学奖得主 （同时是讲师、作家、艺术家，擅长演奏手鼓，还能打开各类保险箱和讲笑话） ，让数代学生惊讶地发现，科学竟然如此有趣，复杂和未知也让人着迷。

© Reuben Wu

费曼不是用课本的方式，不是单纯教导公式，来让学生们理解基础物理的。

（他的原话：书本上面的实验都是在现实中不能做的实验，学生在做这些实验的时候根本得不到书本上所有的那些数据，所以那是假实验，只是为了书中的理论看起来顺理成章而已。）

而是充分应用了他的天赋，使用更深入浅出、有趣甚至浪漫的语言来将世界的基础原理和悬而未决的问题抛给学生。

比如，在《费曼物理学讲义》的第一卷里，说到基础物理跟天文学的关系，费曼叙述了这样一个故事：

“

给人印象最深的发现之一是使星球不断发出光和热的能量来源问题。有一个参与这项发现的人，在他认识到要使恒星发光，就必须在恒星上不断地进行核反应之后的一天晚上和他的一位女朋友出去散步。当这个女朋友说：「看这些星星闪烁得多美啊！」他说：「是的，在此刻我是世界上唯一知道为什么它们会发光的人。」他的女朋友不过对他笑笑。她并没有对于同当时唯一知道恒星发光原因的人一起散步产生什么深刻的印象。的确，孤单是可悲的，不过在这个世界上就是这个样子。

© Thomas Jordan

这段话猝不及防地出现在一本物理科普讲义里， 深深打动我，并成为我决定好好重读一遍基础物理书的原因。

除了保持着多了解这个世界一点、了解生命的原始目的的热忱外，还有一点被触动的原因。

希望自己除了能说出诸如「这些星星真美啊」这样发自肺腑的感慨外，也能成为知道恒星为什么会发出光芒的那种人——不会多伟大几分，也不会有多自豪，只是如果这样，眼中看到的世界会更丰富、复杂和精妙。同时这也不会让星星的美减少一些。

© Albin Sjödin

费曼说，他有一个朋友是个艺术家。

艺术家会拿起一朵花，说道：「看，这花多美啊！」是啊，花很美，我们都会这么想。

艺术家接着会说：「你看，作为一个艺术家，我会欣赏花的美；而你是个科学家，只会职业性地去层层剖析这花，那就无趣了。」

费曼说，他在胡扯。

“

首先，我相信，他发现花很美，其他人和我也能看到，不过，我可能没有他那样精妙的审美感受，但是毋庸置疑，我懂得欣赏花的美。

而我同时还能看到更多的东西：我会想象花朵里面的细胞，细胞体内复杂的反应也有一种美感。

我的意思是：美不尽然在这方寸之间，美也存在于更小的微观世界，这朵花的内部构造也很美。

事实上，一些进化过程很有意思，比如，一些花开始有了颜色，就是为了吸引昆虫为自己授粉；这就意味着昆虫也能看到颜色。

© Reuben Wu